(57)【要約】【課題】  燃料電池の発熱量を適切に制御する。【解決手段】  燃料電池発電システム１において、ＣＯ除去器６から電池スタック２に導入される燃料中のＣＯ濃度を、選択酸化空気ブロワ８からＣＯ除去器６へ送られる空気量を変化させることによって制御し、それによって電池スタック２の発熱量を制御する。ＣＯ除去器６へ送る空気量は、電池スタック２の温度および出力電圧をそれぞれ温度検出器１３および電圧検出器１４で検出し、その検出データを用いて演算・制御装置１５により制御される。これにより、低負荷運転等で電池スタック２の発熱量が不足したときにも、電池スタック２に導入するＣＯ濃度を増加し、その電気出力を低下させて発熱量を増加させることにより、熱自立運転が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池に導入される燃料中の一酸化炭素濃度を制御することによって前記燃料電池の電池特性を変化させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発熱量が不足したときに、前記一酸化炭素濃度を増加させることによって前記燃料電池の電気出力を低下させ、前記燃料電池の発熱量を増加させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記一酸化炭素濃度は、前記燃料電池への燃料導入前に燃料中の一酸化炭素を酸素を用いて除去する際の酸素量を変化させることによって制御されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記酸素量は、前記燃料電池の温度を用いて制御されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池に導入する燃料に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去手段と、
前記一酸化炭素除去手段による一酸化炭素の除去に用いる酸素を前記一酸化炭素除去手段に導入する酸素導入手段と、
前記燃料電池の温度を用い、前記酸素導入手段によって前記一酸化炭素除去手段に導入される酸素量を制御する酸素量制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムの制御方法において、
運転中の前記燃料電池の温度と、あらかじめ設定された前記燃料電池が熱自立運転可能な限界温度とを比較し、
前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果に基づいて前記燃料電池に導入される燃料中の一酸化炭素濃度を制御することを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項７】
前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果に基づいて前記燃料電池に導入される燃料中の前記一酸化炭素濃度を制御する際には、
前記燃料電池の温度が前記限界温度を下回るときは、前記一酸化炭素濃度を増加させることによって前記燃料電池の電気出力を低下させ、前記燃料電池の発熱量を増加させることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項８】
前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果に基づいて前記燃料電池に導入される燃料中の前記一酸化炭素濃度を制御する際には、
前記一酸化炭素濃度を、前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果に基づき、前記燃料電池への燃料導入前に燃料中の一酸化炭素を酸素を用いて除去する際の酸素量を変化させることによって制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項９】
前記燃料電池の温度と前記限界温度とを比較するとともに、前記燃料電池の出力電圧と、あらかじめ設定されたシステム動作に最低限必要な電圧限界レベルとを比較し、
前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果および前記燃料電池の出力電圧と前記電圧限界レベルとの比較結果に基づいて前記一酸化炭素濃度を制御することを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電システムおよびその制御方法に関し、特に固体高分子形燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の燃料電池発電システムの概略図である。
図５に示す燃料電池発電システム１００は、触媒を付与した燃料極１０１ａと空気極１０１ｂの間に固体高分子等を用いた電解質層１０１ｃが挟まれた構造を有する電池セルが集合して構成された燃料電池の電池スタック１０１を有している。燃料電池発電システム１００では、電池スタック１０１内の燃料極１０１ａ側に導入される水素（Ｈ2）と空気極１０１ｂ側に導入される空気（酸素（Ｏ2））との反応により電気が発生する。
【０００３】
この燃料電池発電システム１００の原燃料には、メタン（ＣＨ4）等の炭化水素が用いられる。例えばＣＨ4を含有する原燃料を用いた場合には、原燃料は、図５に示すように、脱硫器１０２、改質器１０３、変成器１０４、ＣＯ除去器１０５を順に経由して改質され、それによって最終的に得られる改質ガスが電池スタック１０１内の燃料極１０１ａ側に導入されるようになっている。
【０００４】
ここで、脱硫器１０２は原燃料中にＣＨ4とともに含まれる硫黄成分（付臭剤等）を除去する。改質器１０３は、燃焼空気ブロワ１０６から送られる空気、電池スタック１０１からの残改質ガスの燃焼熱、および水（後述の冷却水等）を用いて、脱硫器１０２通過後のＣＨ4をＨ2に改質（水蒸気改質）する。この改質の際には通常、改質器１０３から二酸化炭素（ＣＯ2）および一酸化炭素（ＣＯ）も生成される。また、変成器１０４は、改質器１０３通過後の燃料中に含まれるＣＯをＣＯ2に変換し、ＣＯ除去器１０５は、選択酸化空気ブロワ１０７から送られる空気を用いて変成器１０４通過後の燃料中に残るＣＯをＣＯ2に酸化（選択酸化）して除去する。これにより、Ｈ2およびＣＯ2を主成分とした改質ガスが燃料極１０１ａ側に導入され、一方、空気極１０１ｂ側には反応空気ブロワ１０８から空気が導入されて、発電反応が起こるようになる。
【０００５】
また、電池スタック１０１は、その温度が冷却水を用いて制御されるようになっている。電池冷却水ライン１０９には、その途中に電池冷却水冷却器１１０および電池冷却水ポンプ１１１が配置されており、必要に応じ、温度調節された冷却水が電池スタック１０１へと送られるようになっている。また、電池スタック１０１の不適切な温度低下を防ぐため、電池スタック１０１上流側には、電池冷却水ライン１０９を流れる冷却水を暖める電池冷却水ヒータ１１２が配置されている。
【０００６】
電池スタック１０１の温度は、温度検出器１１３により検出される。検出された温度データは演算・制御装置１１４に伝達され、演算・制御装置１１４は、その温度データを基に電池冷却水ヒータ１１２の出力を制御するようになっている。
【０００７】
以上の構成により、燃料電池発電システム１００の燃料電池発電装置パッケージ１１５が構成される。
なお、電池冷却水冷却器１１０には、燃料電池発電装置パッケージ１１５の外部に設けられた貯湯槽１１６内の温水が温水循環ポンプ１１７により循環されるようになっている。貯湯槽１１６には、その水量を調節するため、水を貯湯槽１１６に補給する補給水弁１１８が接続され、温水の余剰分を排出する温水取り出し口１１９が設けられている。
【０００８】
一般に、上記のような燃料電池発電システム１００、特に家庭用固体高分子形燃料電池発電システムでは、（１）電池スタック１０１内のガス露点状態を適切に維持する、（２）電池スタック１０１のＣＯ被毒を防止する、（３）貯湯槽１１６へ供給する温水の温度を高温（約６０℃〜７０℃）に保つ、といったことを主な目的として、その電池スタック１０１を約６０℃〜８０℃の一定温度で運転する。
【０００９】
図６は電池セルのＩ−Ｖ特性の概略図である。
Ｈ2（ｇ）とＯ2（ｇ）の反応を利用して発電を行う電池セルでは、その発電反応において水（Ｈ2Ｏ（ｌ））を生成するときのエンタルピ変化△Ｈ0が−２８６ｋＪ／ｍｏｌ（２５℃）である。この全エネルギのうち理論上取り出すことのできるエネルギは、反応エントロピ変化分を除いたギブズエネルギ変化分であり、このとき電池スタック１０１の出力電圧Ｖ（理論電圧Ｅ0）は１．２３Ｖになる。
【００１０】
図６より、各電池セルでは、回路負荷が増して出力電流Ｉが増加するのに伴い、次第に電池効率が低下して発熱量が増加していき、その分出力電圧（電気出力量）が減少していくようになる。
【００１１】
このような電池セルの集合体である電池スタック１０１において、高負荷運転時は、上記したような適切な運転温度を保持するだけの発熱量を電池スタック１０１自体が出力することができる。そのため、電池スタック１０１に対して外部から熱を供給することなく適切な運転温度を保持し、熱自立運転が可能である。
【００１２】
しかし、低負荷運転時は、出力電流Ｉが少なくなり、電池効率が上昇して発熱量が低下する。そのため、燃料電池発電装置パッケージ１１５や電池冷却水ライン１０９からの放熱量が電池スタック１０１の発熱量を上回ってしまい、そのままでは熱自立運転が不可能になる。
【００１３】
そこで、上記図５に示したように、電池冷却水ライン１０９に電池冷却水ヒータ１１２を設け、低負荷運転時の電池スタック１０１の温度を制御して熱自立運転を行わせるのが一般的である。
【００１４】
このように燃料電池に通じる冷却水ラインにヒータを設けるシステムについては、従来いくつかの提案がなされている（例えば特許文献１参照）。また、冷却水ラインにヒータを設けるとともに、必要に応じて燃料電池への酸素供給量を少なくする制御を行いそのＩ−Ｖ特性を低下させて燃料電池の発熱量を増加させるシステムも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２９４１１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、熱自立運転を妨げるような温度低下を防止するため燃料電池に通じる冷却水ラインにヒータ等を設けると、そのヒータ等で電気が消費されるため、システム全体から見た場合の発電効率は低下してしまう。さらに、そのようなヒータ等を設けることでシステムを構成する部品点数が増加してしまい、装置小型化の妨げになるといった課題も残る。
【００１６】
また、熱自立運転を行わせるため空気極側への酸素供給量を変化させてその発熱量を制御しようとした場合には、それによって空気極側に導入される空気の流量が変動するため発電反応が不安定になりやすい。特に、発熱量増加のため酸素供給量を少なくする場合には、空気の流量減少によって発電反応で生じる水の排出性が悪化し、安定した運転ができなくなる可能性がある。
【００１７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発熱量を適切に制御して安定した運転が可能な燃料電池発電システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では上記課題を解決するために、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池に導入される燃料中のＣＯ濃度を制御することによって前記燃料電池の電池特性を変化させることを特徴とする燃料電池発電システムが提供される。
【００１９】
このような燃料電池発電システムによれば、燃料電池に導入される燃料中のＣＯ濃度を制御することによって電池特性を変化させるので、例えば、低負荷運転で燃料電池の発熱量が不足したとき等に、燃料電池に導入されるＣＯ濃度を増加させてその電気出力を低下させ、その発熱量を増加させることが可能になる。
【００２０】
さらに、本発明では、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池に導入する燃料に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去手段と、前記ＣＯ除去手段によるＣＯの除去に用いるＯ2を前記ＣＯ除去手段に導入するＯ2導入手段と、前記燃料電池の温度を用い、前記Ｏ2導入手段によって前記ＣＯ除去手段に導入されるＯ2量を制御するＯ2量制御手段と、を有することを特徴とする燃料電池発電システムが提供される。
【００２１】
このような燃料電池発電システムによれば、ＣＯ除去手段が、燃料電池に導入する燃料に含まれるＣＯを除去し、Ｏ2導入手段が、ＣＯ除去手段によるＣＯの除去に用いるＯ2をＣＯ除去手段に導入し、Ｏ2量制御手段が、燃料電池の温度を用い、Ｏ2導入手段によってＣＯ除去手段に導入されるＯ2量を制御する。これにより、燃料電池の温度に応じたＯ2量制御によってＣＯ除去手段によるＣＯの除去量が制御され、燃料電池に導入される燃料中のＣＯ濃度が制御される。
【００２２】
また、本発明では、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムの制御方法において、運転中の前記燃料電池の温度と、あらかじめ設定された前記燃料電池が熱自立運転可能な限界温度とを比較し、前記燃料電池の温度と前記限界温度との比較結果に基づいて前記燃料電池に導入される燃料中のＣＯ濃度を制御することを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法が提供される。
【００２３】
このような燃料電池発電システムの制御方法によれば、運転中の燃料電池の温度とその熱自立可能な限界温度との比較結果に基づいて燃料中のＣＯ濃度が制御されるので、それにより、燃料電池の熱自立運転に必要な発熱量が確保されるよう制御されるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池に導入される燃料中のＣＯ濃度を制御し、それによってその電池特性を変化させるようにしたので、燃料電池の発熱量が不足する場合にも、ヒータ等を用いて外部から熱を供給することなく、熱自立運転することが可能になる。
【００２５】
さらに、ヒータ等による熱供給が不要であるため、システム全体から見た発電効率を向上させることが可能になる。
また、燃料中のＣＯ濃度を制御し、流量自体はほとんど変化させないため、燃料電池発電システムを安定して運転することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、固体高分子形燃料電池を用いた発電システムを例に、図面を参照して詳細に説明する。
図１は燃料電池発電システムの概略図である。
【００２７】
図１に示す燃料電池発電システム１は、白金触媒等を付与した燃料極２ａと空気極２ｂの間に、イオン交換膜等の固体高分子を用いた電解質層２ｃが挟まれた構造を有する電池セルが集合して構成された燃料電池の電池スタック２を有している。このような電池スタック２に対し、電池スタック２内の燃料極２ａ側にＨ2を導入し、空気極２ｂ側にＯ2を導入して、発電反応を起こし、電気を発生させる。
【００２８】
燃料電池発電システム１の原燃料には、天然ガス、石炭ガス、ＬＰＧ等を用いることができる。例えばＣＨ4を含有する原燃料を用いた場合には、原燃料は、図１に示すように、脱硫器３、改質器４、変成器５、ＣＯ除去器６を順に経由して改質され、それによって最終的に得られる改質ガスが電池スタック２の燃料極２ａ側に導入される。
【００２９】
ここで、脱硫器３は原燃料中にＣＨ4とともに含まれる硫黄成分（付臭剤等）を除去する。改質器４は、燃焼空気ブロワ７から送られる空気中のＯ2、電池スタック２からの残改質ガスの燃焼熱、および水（冷却水等を利用）を用いた水蒸気改質により、脱硫器３通過後のＣＨ4をＨ2に改質する。この改質の際には通常、改質器４からＣＯ2およびＣＯも生成される。変成器５は、改質器４通過後の燃料中に含まれるＣＯをＣＯ2に変換する。また、ＣＯ除去器６は、選択酸化空気ブロワ８から送られる空気中のＯ2を用いた選択酸化反応により、変成器５通過後の燃料中に残るＣＯをＣＯ2に酸化して除去する。これにより、Ｈ2およびＣＯ2を主成分とした改質ガスが燃料極２ａ側に導入され、一方、空気極２ｂ側には反応空気ブロワ９から空気が導入されて、発電反応が起こるようになる。
【００３０】
なお、改質器４からの排ガスおよび電池スタック２からの排ガスは、必要に応じて排熱回収を行い、系外へ排出されるようになっている。
電池スタック２は、その温度が冷却水を用いて制御されるようになっている。電池冷却水ライン１０には、その途中に電池冷却水冷却器１１および電池冷却水ポンプ１２が配置されており、必要に応じ、温度調節された冷却水が電池スタック２へと送られる。
【００３１】
電池スタック２の温度（「電池スタック温度」という。）は、温度検出器１３により検出される。また、電池スタック２の出力電圧は、電圧検出器１４により検出される。これら温度検出器１３および電圧検出器１４によって検出された電池スタック温度および出力電圧の各データは、演算・制御装置１５へと伝達されるようになっている。
【００３２】
演算・制御装置１５は、電池スタック温度および出力電圧を基に選択酸化空気ブロワ８の回転数を制御して、ＣＯ除去器６に導入されるＯ2量を制御するＯ2量制御手段として機能する。それにより、電池スタック２に導入される燃料中のＣＯ濃度が制御されるようになる。なお、演算・制御装置１５の構成については後述する。
【００３３】
以上の構成により、燃料電池発電システム１の燃料電池発電装置パッケージ１６が構成される。
なお、電池冷却水冷却器１１には、燃料電池発電装置パッケージ１６の外部に設けられた貯湯槽１７内の温水が温水循環ポンプ１８により循環されるようになっている。貯湯槽１７には、その水量を調節するため、水を貯湯槽１７に補給する補給水弁１９が接続され、温水の余剰分を排出する温水取り出し口２０が設けられている。
【００３４】
ここで、燃料電池発電システム１の演算・制御装置１５について説明する。
図２は演算・制御装置の構成例である。
演算・制御装置１５は、温度記憶手段１５ａ、電圧記憶手段１５ｂ、温度判定手段１５ｃ、電圧判定手段１５ｄおよび制御信号生成手段１５ｅを有している。
【００３５】
温度記憶手段１５ａは、電池スタック２が熱自立運転可能な限界温度である熱自立可能判定温度Ｔlimを記憶する。電圧記憶手段１５ｂは、燃料電池発電システム１の動作に最低限必要な電圧レベルである電圧限界レベルＶlimを記憶する。
【００３６】
温度判定手段１５ｃは、温度検出器１３によって検出された電池スタック温度Ｔと、温度記憶手段１５ａによって記憶された熱自立可能判定温度Ｔlimとを比較し、それらの大小関係を判定する。電圧判定手段１５ｄは、電圧検出器１４によって検出された出力電圧Ｖと、電圧記憶手段１５ｂによって記憶された電圧限界レベルＶlimとを比較し、それらの大小関係を判定する。
【００３７】
制御信号生成手段１５ｅは、温度判定手段１５ｃおよび電圧判定手段１５ｄによる判定結果に基づき、検出された電池スタック温度Ｔおよび出力電圧Ｖに応じて、選択酸化空気ブロワ８の回転数を制御するための制御信号を生成する。
【００３８】
このように演算・制御装置１５は、電池スタック温度Ｔおよび出力電圧Ｖを参照しながらＣＯ除去器６へのＯ2導入手段である選択酸化空気ブロワ８の回転数を制御し、ＣＯ除去手段であるＣＯ除去器６から電池スタック２に導入される燃料中のＣＯ濃度を制御する。これにより、燃料電池発電システム１では、低負荷運転時等、熱自立運転ができない程度まで電池スタック２の発熱量が低下したとき、または低下するおそれがあるときに、一時的にそのＩ−Ｖ特性を低下させ、その発熱量を増加させることが可能になっている。
【００３９】
図３はＣＯ濃度制御時の電池セルのＩ−Ｖ特性の概略図である。
Ｈ2（ｇ）とＯ2（ｇ）の反応を利用して発電を行う電池セルでは、その発電反応においてＨ2Ｏ（ｌ）を生成するときのエンタルピ変化△Ｈ0が−２８６ｋＪ／ｍｏｌ（２５℃）であり、ギブズエネルギ変化から理論電圧Ｅ0は１．２３Ｖになる。電池セルでは、回路負荷が増して出力電流Ｉが増加するのに伴い、次第に電池効率が低下して発熱量が増加していき、その分出力電圧が減少していくようになる。
【００４０】
さらに、Ｉ−Ｖ特性の挙動は、電池セルに導入される燃料中のＣＯ濃度によって変化する。すなわち、電池セルへ導入される燃料中のＣＯ濃度が高くなると、実際に発電反応に用いられる燃料分圧が減少し、ＣＯ濃度が低いときに比べてＩ−Ｖ特性は低下（同じ出力電流Ｉでも出力電圧が低下）するようになる。
【００４１】
したがって、燃料電池発電システム１は、燃料中のＣＯ濃度が低いときの通常のＩ−Ｖ特性のままでは熱自立運転ができなくなるような低負荷運転時等の場合に、検出される電池スタック温度Ｔおよび出力電圧Ｖを基に、電池スタック２に導入する燃料中のＣＯ濃度を一時的に高め、そのＩ−Ｖ特性を低下させることによってその発熱量増加（△Ｑ）を確保する。これにより、燃料電池発電システム１では、ヒータ等を用いて外部から熱を供給することなく、低負荷運転時等の場合にも熱自立運転が可能になる。
【００４２】
また、この燃料電池発電システム１では、ＣＯ濃度を変化させる際、電池スタック２に導入する燃料組成を変化させる。そのため、ＣＯ濃度変化による燃料の流量変化がほとんどなく、ＣＯ濃度変化前後における発電反応の不安定化が抑えられ、安定した運転が妨げられることがない。
【００４３】
従来の一般的な燃料電池発電システムでは、変成器５までの改質ガスにＣＯが０．３％〜１．０％程度含まれており、これをＣＯ除去器６の作用によって０ｐｐｍ〜１０ｐｐｍまで低下させる。上記燃料電池発電システム１では、そのＣＯ濃度を例えば４００ｐｐｍにして電池スタック２に導入すると１５０ｍＶ程度の電圧低下が得られ、３０ｋＪ／ｍｏｌ（Ｈ2）の発熱量増加（約２０％増加）が実現可能になる。
【００４４】
次に、上記燃料電池発電システム１の制御方法について説明する。
図４は燃料電池発電システムの制御フローの一例である。
燃料電池発電システム１においては、そのシステム制御に先立ち、運転中の電池スタック２が熱自立運転可能な状態であるか否かを判定するため、熱自立可能判定温度Ｔlimを設定しておく。さらに、燃料電池発電システム１においては、それが用いられる回路の構成等に応じて必要になる電圧限界レベルＶlimを設定しておく。熱自立可能判定温度Ｔlimおよび電圧限界レベルＶlimの各データは、例えば開発者やオペレータによって設定され、上記図２に示した演算・制御装置１５の温度記憶手段１５ａおよび電圧記憶手段１５ｂによって記憶される。
【００４５】
そして、演算・制御装置１５は、温度検出器１３および電圧検出器１４によって検出された電池スタック温度Ｔおよび出力電圧Ｖを取得すると、温度判定手段１５ｃにより、電池スタック温度Ｔが熱自立可能判定温度Ｔlimを下回るか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００４６】
ここで電池スタック温度Ｔが熱自立可能判定温度Ｔlimを下回ると判定した場合には、演算・制御装置１５は、電圧判定手段１５ｄにより、電池スタック２の出力電圧Ｖが電圧限界レベルＶlimを上回るか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００４７】
このようにして出力電圧Ｖが電圧限界レベルＶlimより高いことを確認した後、演算・制御装置１５は、制御信号生成手段１５ｅにより、電池スタック温度Ｔに応じた制御信号を生成し、選択酸化空気ブロワ８を制御してその回転数を減少させる（ステップＳ３）。その後はステップＳ１に戻り、それ以降の処理を実行する。
【００４８】
また、ステップＳ１で電池スタック温度Ｔが熱自立可能判定温度Ｔlimを上回ると判定した場合には、演算・制御装置１５は、熱自立運転可能と判断し、選択酸化空気ブロワ８の回転数を減少させることなく、また既に回転数が減少している場合には回転数を元に戻し、通常モードで運転する（ステップＳ４）。
【００４９】
さらに、ステップＳ２で出力電圧Ｖが電圧限界レベルＶlimより低いと判定した場合には、演算・制御装置１５は、アラームを出力し（ステップＳ５）、出力電圧Ｖが電圧限界レベルＶlimよりも高くなるよう、適当に運転条件を修正する。
【００５０】
なお、上記ステップＳ１，Ｓ４と、ステップＳ２，Ｓ５とは、その順序を逆にしても構わない。また、場合により、ステップＳ２，Ｓ５の処理は行わずに選択酸化空気ブロワ８の回転数制御を行うようにすることも可能である。
【００５１】
以上説明したように、本発明に係る燃料電池発電システム１では、電池スタック２に導入する燃料中のＣＯ濃度を制御することによってそのＩ−Ｖ特性を変化させ、その発熱量を制御する。これにより、低負荷運転時においても、ヒータ等によって外部から熱を供給することなく熱自立運転が可能になるので、システム全体から見た発電効率を向上させることが可能になる。
【００５２】
また、低負荷運転時に電池スタック２の発熱量を増加させる際には、燃料中のＣＯ濃度は変えても燃料の流量自体は変えないので、燃料電池発電システム１を安定して運転することが可能になる。
【００５３】
なお、本発明では、燃料中に所定量のＣＯを意図的に含有させることにより燃料電池の発熱量を制御するようにしたが、ＣＯの触媒等への吸着は可逆性のある物理吸着であり、ＣＯ被毒後であっても、触媒に適当な処理を適当なタイミングで施すことにより、容易にその活性を回復させることができる。また、より高活性な触媒を用いるようにすれば、電池スタック２の良好な初期特性、長期特性を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】燃料電池発電システムの概略図である。
【図２】演算・制御装置の構成例である。
【図３】ＣＯ濃度制御時の電池セルのＩ−Ｖ特性の概略図である。
【図４】燃料電池発電システムの制御フローの一例である。
【図５】従来の燃料電池発電システムの概略図である。
【図６】電池セルのＩ−Ｖ特性の概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料電池発電システム
２  電池スタック
２ａ  燃料極
２ｂ  空気極
２ｃ  電解質層
３  脱硫器
４  改質器
５  変成器
６  ＣＯ除去器
７  燃焼空気ブロワ
８  選択酸化空気ブロワ
９  反応空気ブロワ
１０  電池冷却水ライン
１１  電池冷却水冷却器
１２  電池冷却水ポンプ
１３  温度検出器
１４  電圧検出器
１５  演算・制御装置
１５ａ  温度記憶手段
１５ｂ  電圧記憶手段
１５ｃ  温度判定手段
１５ｄ  電圧判定手段
１５ｅ  制御信号生成手段
１６  燃料電池発電装置パッケージ
１７  貯湯槽
１８  温水循環ポンプ
１９  補給水弁
２０  温水取り出し口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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